多核并行计算技术在景象匹配仿真中的应用

随着计算机技术向多处理器以及多核的架构发展,以OpenMP和线程构建模块（thread building blocking, TBB）为代表的多核处理器并行计算平台的应用得到重视。对多核并行计算技术在建模仿真领域的应用进行了初步探讨,以景象匹配仿真计算为例,基于OpenMP和TBB并行计算平台构建了一个景象匹配评估平台,对不同的景象匹配算法效率进行评估。对多核并行计算技术及其在景象匹配仿真算法中的应用进行了详细介绍,并通过仿真实验验证多核并行计算技术能够大大提高景象匹配评估平台的运行效率,从而有效地支持对导弹真实景象匹配制导系统相关算法进行验证和研究。     

基于视觉闭路的月球车GNC半实物仿真测试平台

提出一种基于视觉闭路的月球车GNC(导航制导与控制)分系统测试的半实物仿真平台.对平台的构成与数据流进行设计,完成平台的视觉闭路设计,针对避障相机图像畸变的参数与实际避障相机焦距之间的匹配性问题,对投影图像边缘点的畸变忽略.避障相机成像时接收动力学仿真生成的相机位置、姿态参数,利用多线程方式完成双目视觉模拟,解决了图像与规划路径匹配及快速生成问题,满足闭环测试的需求.该平台可构建多种测试工况,提高分系统测试的覆盖性和测试效率.嫦娥三号巡视器在轨长时间的月面正常行走,表明该测试平台在分系统测试中的有效性.     

空间目标器模拟装置姿态控制仿真实验研究

针对空间目标器的功能需求,建立了姿态控制实验系统.该系统以一个空间目标器模拟装置作为控制对象,利用气浮平台模拟空间微重力环境.实验软件在Visual C 6.0下开发,将实验系统各模块的功能整合起来.仿真实验基于CCD相机拍摄的图像获得姿态信号,对空间目标器在不同工作模式下的姿态控制算法具有兼容性和扩展性,为空间目标器原型样机设计方案的优选、优化和论证提供了基础.     

基于投影仪-相机系统的多投影颜色校正技术

为了消除多投影大屏幕显示系统的颜色差异对虚拟现实系统仿真环境沉浸感和真实感的影响,提出了一种基于投影仪-相机系统的颜色校正优化方法,综合考虑校正系统中相机和投影仪的非线性影响.针对以往算法中忽略相机影响的问题,提出基于Pedro图像分割的高动态范围图像合成优化算法,引入新的权重函数,建立相机输入输出像素映射关系;结合相机的非线性响应关系,利用YUV与RGB色彩空间的转换模型结合函数逼近的方法对投影仪亮度和色度同时校正,生成投影仪颜色查找表,并利用着色语言实现颜色校正的GPU渲染.最后以三通道环形多投影屏幕为实验平台验证本算法的有效性.     

基于双目云台相机的目标跟踪系统建模与仿真

对双目云台相机目标跟踪系统的各个环节建立数学模型。采用扩展Kalman滤波(Extended Kalman Filter,EKF)作为定位跟踪算法,利用双目云台相机在水平方向、垂直方向转动角及其相对位置估计出目标实时位置;针对云台相机建模过程中相机外部参数随云台旋转发生变化的问题,提出一种云台相机实时标定方法;利用云台相机模型将目标估计位置投影到相机图像平面,提取出目标的图像特征作为视觉伺服系统的反馈信息控制云台旋转跟踪目标轨迹。在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型,仿真结果证实了方案的可行性和有效性,为视觉伺服控制器进一步设计提供了仿真平台。     

基于地面反射特性的微光视景生成技术研究

研究了光照条件、气象条件和ICCD相机特性等因素对微光成像的影响,建立了微光视景生成的数学模型,包括:地面反射特性模型、大气传输模型、ICCD相机特性模型和噪声模型,针对地面光谱反射特性对微光图像对比度的影响,提出了基于地面反射特性的微光图像仿真方案,并在此基础上研制了一个完整的蕴含LOWTRAN7计算内核和ICCD后段仿真的微光视景生成系统。仿真实验结果说明了该方案的有效性。     

一种真实感焰火实时模拟方法及其GPU实现

基于空气动力学和牛顿运动定律研究了焰火的形态建模、物理运动方程及其控制方法,同时分析了基于GPU的粒子系统的运行机制,给出了适用于GPU并行计算的双纹理缓存结构,并在此基础上提出了基于GPU的焰火粒子系统框架,实现了视景仿真应用中真实感焰火的实时模拟。基于GPU的粒子系统充分挖掘了GPU的并行计算能力,实验证明本方法可基于普通PC平台实现焰火运动和形态的实时逼真模拟。     

基于MPI的并行分布式高斯消元算法设计和评估

为了满足电磁仿真数值计算日益增高的速度和精度的需求,针对单机内存需求和计算负荷需求都比较大的矛盾,提出基于分布式并行机群环境的并行计算划分和并行存储划分的算法设计思想,并且给出了基于行列循环数据划分的并行计算算法描述.在此基础上进行了实验验证,用MPI+FORTRAN和MPI+C编程实现了对大矩阵求逆的分布式高斯消元,并进行了性能评估和实验验证,在国内外超级计算中心平台上的实验结果表明所完成的工作对于系统的电磁仿真计算具有应用价值,该算法和代码实现可应用于电磁仿真计算的矩量法MOM(Method of Mom)中.     

面向立体柱面全景的动态规划对应点匹配方法

分析总结了立体视觉对应点匹配研究现状,针对单相机双抛物反射镜面共轴结构的特定折反射立体全向成像装置,将原始捕获的立体全向图像对投影成柱面全景图像对,并结合动态规划和灰度段匹配思想给出了一种改进的对应点匹配算法用于柱面全景图像的稠密深度估计.基于虚拟装置和虚拟场景的仿真实验说明了该装置结构设计和对应点匹配方法的有效性.     

多维视觉信息DWT-混沌加密技术研究

针对多维视觉信息图像和视频等的加密问题进行研究,提出一种基于离散小波和混沌序列的加密技术。该方法利用多维可视信号宿主的巨大可转换状态空间及各中间状态间的转换关系,获得一种视觉信息最佳保护系统结构框架模型,根据该模型,用DWT变换压缩知化视觉特征,用混沌序列破坏知化视觉特征,达到保护多维可视信息安全的目的。给出一个具体应用实例,通过仿真实验证明了该算法的有效性。     

列车运控系统视景仿真的设计与实现

研究了一种基于虚拟现实技术的视景仿真系统,并将其应用于地铁列车运行控制仿真系统中。设计了基于数值分析的通信数据的拟合算法,很好的解决了视景输出的实时性问题。从视景仿真模块与列车运行仿真平台间的通信、场景模型的建立和简化、视景仿真程序等方面对该系统进行了介绍,并给出了视景仿真结果。该仿真系统已应用于北京地铁环线基于通信的列车控制（CBTC）实验线路的研究与开发。     

国产船舶水动力数值软件在工业云平台的实现

研制适应于高性能数值软件部署和用户使用便捷的云平台,对于软件的研发和应用具有重要的工程意义。基于Web工业云平台的高性能计算资源,对国产船舶水动力学数值软件进行大规模高性能测试工作。通过选取典型的带球鼻艏的集装箱船KCS(kriso container ship)计算模型,采用该软件并行求解器模拟实际船型的航行兴波问题,达到与实际船体附近波形基本一致。国产船舶水动力学数值软件在工业云平台上的典型应用场景的成功测试,为研究船舶航行兴波问题提供了有力的自主可控国产工程仿真工具。     

水下滑翔机器人实时仿真平台研究与开发

为检验水下滑翔机器人系统的整体性能及载体在水下的运动学和动力学特性,提出了采用半物理仿真方式建立水下滑翔机器人实时仿真平台的设想.介绍了建立实时仿真平台的硬件结构,并对水下滑翔机器人实时仿真平台的搭建过程作了简要的说明.仿真平台系统包括虚拟水下滑翔机器人系统和虚拟显示系统两部分,其中虚拟显示系统包括:MultiGen Creator建立的三维载体模型和海底地形;Vega生成的实时视景程序;基于MFC的视景仿真程序.     

船体结构虚拟设计平台的实现

通过研究船体结构产品模型的特点并结合现代造船模式，提出了基于面向对象、模块化的船舶数字化模型的建立方法．结合三维造型软件开发了船体结构虚拟设计平台，提供了从船体曲面建立、船体结构建模到结构装配仿真的基本操作与运算，将程序的集中控制能力、数据库的集成管理能力和三维虚拟设计相结合，实现了船舶初步设计阶段数据产品模型的信息化集成设计与管理。     

基于机群的并行Monte Carl 仿真平台用于金融衍生证券定价

给出了利用局域网机群系统建立并行MonteCarlo仿真平台的Java实现。设计了仿真任务分配算法及多线程同步控制机制。验证了伪随机数生成器并行化的有效性。三种股票期权仿真定价模型作为应用实例,在相同机型机群环境中,取得理想加速比和定价结果。     

基于多核平台的乐观并行离散事件仿真

计算机处理器的发展已进入多核时代,为并行离散事件仿真的推广提供了良好的契机。分析了离散事件仿真多核并行化的并行编程模型及时间同步问题,采用乐观同步协议设计实现了一个基于多核平台的并行离散事件仿真引擎。在具有8个执行核的惠普多核服务器上,使用Phold模型系统地测试了并行仿真引擎的各项开销以及事件粒度、进程数目、前瞻量、事件的本地性对仿真性能的影响。实验结果表明,对于事件粒度较大的仿真应用,基于多核平台的乐观并行离散事件仿真能获得良好的加速比。     

基于LP范型的反应-扩散系统随机仿真平台研究

随机仿真是描述反应-扩散系统随机特征的一种重要研究方法,但这种仿真的计算量很大,非常耗时,需要并行离散事件仿真PDES技术的支持。针对反应-扩散系统的特点,基于JAMES II离散事件仿真实验框架,设计实现了基于逻辑进程LP范型的并行分布式反应-扩散系统随机仿真平台。主要设计实现了LP范型模型接口、PDES仿真器以及分布式通信方法。利用该平台建立了经典反应-扩散Lotka-Volterra系统LP范型仿真模型,实验结果复现了Lotka-Volterra系统的震荡特性,验证了平台的有效性。     

热动力系统的可视化仿真

首先介绍了计算机可视化的由来和发展趋势，然后着重介绍了自行研究开发的一种新型热力系统可视化仿真软件开发平台。该系统充分集成各种最新的计算机技术和热动力系统建模技术，可以完成系统方案研究和系统动静态性能分析，可以进行控制系统的优化设计和实际系统的测试，并且还可以完成对复杂热力系统的仿真。     

热动力系统流体网络及算法处理

首先介绍了国内外典型软件对热动力系统流体网络的处理，在此基础上，针对热动力系统的图形化建模系统提出了一种通用流体网络算法，然后重点讨论了该算法的图形化实现方法，从而很好地解决了流体网络算法和主程序的依赖关系     

基于LabVIEW的浮船坞配载实时控制与仿真

对浮船坞配载实时控制的算法进行了研究,并基于LabVIEW软件平台建立了浮船坞配载实时控制与仿真系统。首先介绍整个系统的构成及各个模块之间的数据传递过程,然后以分段上坞模拟模块和调水决策模块为例详细说明系统的优化模型和实现方法。该系统调用Matlab进行配载和调水决策过程的优化计算,利用LabVIEW自身计算功能配合Matlab完成调水仿真过程的计算。以船舶结构分段上坞过程为例对系统的工作流程进行说明。仿真结果表明,提出的优化模型和算法,运算结果合理,开发的仿真系统界面简明清晰、实用可靠。